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丝网印刷技术突破引爆钙钛矿,关注价值量占比最高靶材机会
丝网印刷技术破解钙钛矿光伏产业化难题
黄维院士、陈永华教授课题组钙钛矿太阳能电池最新研究成果登上《自然》杂志
11月10日,国际权威期刊《自然》在线发表了我校柔性电子(未来技术)学院黄维院士和陈永华教授团队通过离子液体醋酸甲胺(MAAc)创造性地制备出长期稳定的钙钛矿印刷油墨,应用于制备图案化的丝网印刷钙钛矿薄膜和全丝网印刷钙钛矿光伏器件。博士研究生陈畅顺、硕士研究生陈健鑫、韩虎忱和博士研究生晁凌锋为本文共同第一作者,南京工业大学柔性电子(未来技术)学院为本文第一作者通讯单位。
印刷钙钛矿光伏薄膜及器件工艺多种多样,包括刮涂法、喷墨打印、涂布法、丝网印刷等,其中丝网印刷技术被认为具有工艺简单、效率高、图案化易、成本低等突出优点,是钙钛矿太阳能电池产业化的理想技术。目前,采用丝网印刷技术制备钙钛矿光伏器件的缓冲层和电极已有较多成果报道。然而,丝网印刷制备钙钛矿活性层一直是科学界的难题,其关键问题是现有的低粘度有机溶剂体系难以应用于丝网印刷制备钙钛矿薄膜,限制了低成本丝网印刷钙钛矿光伏器件的发展。
针对这一难题,黄维院士和陈永华教授团队首次提出了粘度可控、组分可调、空气稳定的离子液体钙钛矿印刷油墨,用于丝网印刷图案化的钙钛矿薄膜,实现了超过20 cm s-1的印刷速率和接近100%的原料利用率,以“点-线-面”的相转移方式精确地控制钙钛矿薄膜的形貌。他们通过丝网印刷薄膜的动力学调控和器件结构优化,制备出全丝网印刷钙钛矿光伏器件,一台设备解决全部功能层制备,显著降低了设备需求、技术兼容性和制备成本。未封装的器件在最大功率点恒定光照300小时后,保持其初始效率的96.75%。这一创新成果(“Perovskite solar cells based on screen-printed thin films, DOI:10.1038/s41586-022-05346-0.”)于11月10日发表于国际顶级期刊Nature(《自然》)上。
钙钛矿靶材
钙钛矿目前看将来有潜力的一个是设备,一个是靶材,初步学习如下,
钙钛矿是直接带隙材料,吸光能力远高于晶硅材料,结构是ABX3结构,什么材料都可以作为原材料,所以利空光伏硅产业,然后光伏硅的这部份材料成本(钙钛矿材料占比仅约为5%,总成本约为5毛到6毛钱左右,
是晶硅极限成本的50%
)就可以拿来干什么呢?一个是可以拿来
叠层
(反正ABX3材料便宜嘛,玻璃也不会贵的嘛)而且这样转换率还更高,二是拿来刷靶材。
新式钙钛矿光伏电池的单层理论效率可达31%,钙钛矿双结叠层电池转换效率可达35%,钙钛矿三结叠层电池理论效率可达45%以上。而如果掺杂新型材料,钙钛矿电池的转换效率最高能达到惊人的50%,是目前晶硅电池的2倍左右(
晶体硅太阳能电池理论极限效率:29.43%;
)
然后这个产业链的意思就是说钙钛矿投资是硅晶光伏投资的一半,所以从投资来看投资转换率又高、投资额有底,那么以后为什么不都投成钙钛矿呢,哦,对了,之前说钙钛矿不稳定,什么衰减之类的,现在这些问题早就解决了,而且按主任的话说,可以投资用起来再逐步迭代,而且以后光伏用地成本会越来月高,所以转换率才是关键。
设备之前发讨论已经说过重点,这里重点分析下靶材,慢慢填坑
看这个表,钙钛矿材料没有瓶颈,以后也不会有瓶颈,玻璃这个东西肯定不会贵,那么关键是什么呢,
靶材
然后这里说传统光伏不用靶材,那就是说钙钛矿的靶材会带来增量,而且之前硅料的成本就挪给靶材了,靶材企业就更赚钱了
不论是PVD工艺还是RPD工艺,靶材都是必不可少的材料。ITO靶材是氧化铟和氧化锡粉末按一定比例混合后,经过一系列的生产工艺加工成型,再高温气氛烧结形成的黑灰色陶瓷半导体,通过调整氧化铟和氧化锡粉末的比例,可以提高HJT电池的转换效率。
国产替代正当时。根据华经情报网数据,2020年国内ITO靶材超过一半依赖于进口,国产的ITO靶材主要供应中低端市场,仅占国内市场 30%的份额,而高端ITO靶材几乎全部从日本、韩国进口,占70%的市场份额。
市场空间。目前市场化的靶材有AZO和ITO等。AZO材料价格较为经济,但其导电性较ITO相差较大,通过厚镀膜来弥补导电性将极度降低光的透过率,将大幅降低电池特性,
因此ITO靶材更为优秀。
作为显示面板、光伏等领域的关键核心材料,靶材市场规模也正处于加速扩大状态
然后靶材有些是供应显示面板的,和光伏不搭边,关键是要找光伏的靶材,、阿石创(布局光伏)、隆华科技(供货隆基),然后哪天有个雪球大佬说隆华比阿石创走的快多了,而且还给隆基供货了,也就是深度绑定
隆华科技8月5日在投资者互动平台表示,公司钙钛矿电池用靶材当前已进入下游客户的供货测试阶段:
隆华科技子公司晶联光电主要进行ITO靶材、IGZO靶材、ITiO靶材、IAZO靶材、AZO靶材等陶瓷靶材的研发及生产。这是非常正宗的第四代半导体材料端公司。钙钛矿靶材唯一供货,价值量大于玻璃。
从苏州协鑫钙钛矿组件成本图可以明显看到,靶材成本占比高达37%,高于玻璃及其他材料,目前供货钙钛矿玻璃的金晶科技市值为150亿元。
目前隆华科技为两市唯一一家通过多家HJT产线认证的靶材公司,同时与隆基在配合做钙钛矿的供货测试--这也是唯一一家,且已经对隆基进行供货。
因为PERC电池不需要靶材,那么通过验证的只能是HJT和钙钛矿产线。
2021年全球光伏装机175GWh,2022年预计达到240GWh,隆基研究院预测,2030年之前全球新增装机将达到1000GWh以上,根据光伏技术发展趋势,我们保守预计未来光伏市场30%为HJT电池(靶材成本约6%、0.02元/w),20%为钙钛矿电池(靶材成本35%以上、0.12元/W),则相应光伏靶材市场空间将超过500亿。
并且预计到2026年,我国溅射靶材市场规模有望突破650亿元,年复合增速为11.55%。
再细分到靶材的每一个应用领域:
我国显示面板靶材市场规模从39.40亿元上升至165.89亿元,年均复合增长率22.8%;
记录媒体靶材市场规模从53.50亿元上升至95.63亿元,年均复合增长率8.65%;
半导体靶材市场规模从9.40亿元上升至29.86亿元,年均复合增长率17.95%;
太阳能电池靶材市场规模从3.50亿元上升至37.54亿元,年均复合增长率40.35%。
靶材是制作薄膜的材料,利用高速荷能粒子轰击的目标材料,通过不同的激光(离子光束)和不同的靶材相互作用得到不同的膜系,实现导电和阻挡的功能。
再看一下薄膜沉积技术,薄膜沉积也是必不可少的环节,分为PVD(物理气相沉积)和CVD(化学气相沉积)。常见的PVD方法有
溅射
(直流物理气相沉积、射频物理气相沉积、磁控溅射、离子化物理气相沉积)和
蒸镀
(真空蒸镀、电子束蒸镀),常见CVD方法有化
学气相沉积
(常压化学气相沉积、低压化学气相沉积、金属化学气相沉积、光化学气相沉积、激光化学气相沉积)和
原子层沉积(ALD沉积可看作变相的CVD化学沉积)
但是 :“稳定性问题,主要原因是:用于沉积TCO膜的磁控溅射法(PVD),能量太大,造成膜层表面粗糙,不利于稳定性。从设备端来看,
目前产业化的思路是采用反应等离子沉积法(RPD)替代磁控溅射法(PVD)
,因为用RPD产生的TCO膜,具有低离子轰击损伤及其高迁移率、高质量的膜层特性
”也就是说PVD技术要被替代,又说到钙钛矿设备了呵呵,感觉我思路很乱
靶材产业链
靶材的产业链可以笼统地看成4个部分,分别是
金属提纯、靶材制造、溅射镀膜、终端应用。
从高纯度金属提炼出靶材再采用溅射工艺镀膜后,被芯片、平板显示器、太阳能电池、存储、光学等领域应用。
靶材市场竞争格局
靶材和光刻胶一样,全球产能多集中在美日韩德手中,基本上以低端靶材国内自给,高端靶材依赖进口模式为主。
全球溅射靶材市场集中度很高,CR4高达80%,前四家厂商占据了整个市场的8成,这四家企业是:
JX日矿金属、霍尼韦尔、东曹、和普莱克斯。
国内头部企业合计营收在30~40亿美元,
国内自给率在10%左右。
这是我国未来靶材市场的机会所在,有90%的国产替代市场空间可以提升,而我国本土企业也正处在加速替代过程中。
还要继续关注,到底谁才是国内
太阳能电池靶材的主要供应商,除了隆华供货隆基绿能,要重点关注协鑫光电、极电光能、纤纳光电的靶材供应商
我会在
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